[发明专利]飞机结构变形测量与损伤分级的数字化测量系统及方法

说明书

一种飞机结构变形测量与损伤分级的数字化测量系统及方法，所述数字化测量系统的组成包括：激光跟踪仪、激光雷达、数据采集与处理系统，数据采集与处理系统与激光跟踪仪、激光雷达通讯连接，其中：激光跟踪仪用于飞机上关键点的三维坐标；激光雷达用于检测形状不规则的自由曲面；数据采集与处理系统负责存储飞机结构数据，进行设备测量坐标系与飞机理论坐标系的拟合，构建统一的测量网络；测量数据的采集和处理。本发明能够精确测量各部件的损伤变形，并能检测到肉眼无法发现的机翼、机身等大尺寸部件变形；测量工艺简单，测量速度快，测量周期较短，自动化程度高，避免了人为操作误差。

技术领域

本发明属于飞机检测与维修技术领域，尤其涉及一种飞机结构变形测量与损伤分级的数字化测量系统及方法。

背景技术

现代飞机结构由梁、肋、框、桁条和蒙皮等零件构成，多为薄壁类零件，这些零件具有大尺寸、结构复杂、形状精度要求高、装配协调关系复杂的特点。大尺度薄壁件在装配和飞机使用中易发生柔性形变，导致飞机实际结构关键点位置偏离设计范围。近年来，波音、空客等飞机厂商成功使用数字化测量系统及数字化柔性自动定位调整系统来保障飞机制造、装配的精度和效率。然而在飞机的整个服役寿命中，当飞机经历试飞、作战及训练等飞行过程，或发生紧急迫降等特殊情况时，其结构常会受到较大的载荷，造成隔框、梁、肋、桁条、蒙皮等结构永久变形。

机翼是飞机产生升力的主要结构部件，是由梁、桁条、蒙皮等件铆接而成的大跨度薄壁结构。在飞机生命周期内长期的飞行运行过程中，当穿越特殊的气象环境(如突风等)时，过大的气动载荷会引起机翼翼根处发生轻微的弯扭永久变形，此类变形量一般很小，难以使用传统应变检测方法检测(如应变片电测法)，但由于机翼尺寸较大(翼展长度一般在十几米到几十米之间)，此类翼根变形量引起翼尖的位移量往往不能忽视。如果机翼翼尖位移量超出飞机设计标准而没有被及时发现并采取相应措施，会影响飞机结构对称性，降低飞机气动性能，造成结构局部应力集中、影响飞机的使用性能，最终危及飞行安全。

飞机大尺寸部件(机身、平尾、垂尾、襟翼等)以及尺寸较大的操纵面(如飞机副翼、升降舵、方向舵等)的结构变形和损伤特点与飞机机翼相似。目前对此类结构变形检测的检查方法为目视检查：

1、无法量化变形情况，不能得出定性结论。使得维修决策随意性很大，降低了安全标准。

2、无法确定飞机结构的适航性。现有检查方法无法识别出大尺寸部件的微小变形，而这些变形往往影响了整机的对称性和气动性能，进一步影响到飞机的适航性；

3、无法确定飞机整机结构对设计参数的偏离度，现有损伤分级方法基于无损探伤等方式，只针对单个部件，不能判断整机结构是否偏离设计要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种飞机结构变形测量与损伤分级的数字化测量系统及方法。

本发明所采用的技术方案为：

飞机结构变形测量与损伤分级的数字化测量系统，所述数字化测量系统的组成包括：激光跟踪仪、激光雷达、数据采集与处理系统，数据采集与处理系统与激光跟踪仪、激光雷达通讯连接，其中：

激光跟踪仪用于高精度、接触式测量飞机隔框、梁、桁条上关键点的三维坐标；

激光雷达用于非接触式测量，适用于检测形状不规则的自由曲面；可得到曲面结构皱褶、凹陷、弯曲等损伤情况，且能在短时间内获得大量高精度数据，因而在飞机蒙皮检测方面有着巨大的优势；

数据采集与处理系统：以SA(Spatial Analyzer)软件为平台，VS2008为开发工具，编程实现下述三个功能：

(1)存储飞机结构数据，作为飞机结构变形测量和损伤分级的标准；

(2)进行设备测量坐标系与飞机理论坐标系的拟合，构建统一的测量网络；